-
ZAŠTITA OKOLIŠA - ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI 583često
kritizirana kao proturječna i neprecizna, što otvara mogućnost za
različite interpretacije. Definicija je proturječna jer iskustvo
pokazuje da ne postoji kvantitativni materijalni razvitak koji može
teći beskonačno kad se zna da su prirodna bogatstva i životni
prostor na Zemlji konačni. Definicija traži zadovoljavanje potreba,
i to posebno potreba siromašnih u svijetu, a da ne utvrđuje te
potrebe i tko o tome može odlučivati. Istodobno se zahtijeva
ograničenje potrošnje dobara i energije, o čemu odlučuje
organizirano društvo, država, utjecajem na izbor tehnologije i na
socijalnu strukturu, a time to društvo odlučuje i o potrebama
budućih generacija.
Pitanje održivog razvitka često se izjednačuje s uravnoteženom
upotrebom prirodnih bogatstava, što se može primijeniti samo na
obnovljiva prirodna bogatstva. Održivi razvitak može neograničeno
trajati samo u svom kvalitativnom smislu; kvantitativno on je
ograničen sposobnošću okoliša da stvara obnovljiva prirodna
bogatstva, ali i da prihvaća otpad. Gospodarski održiv sustav
napreduje tada u znanju, organizaciji, tehničkom umijeću i
mudrosti, a da pritom ne troši, ne unosi ili ne raspodjeljuje tvari
i energiju preko određene mjere. Zato Međunarodna unija za zaštitu
prirode definira održivi razvitak kao onaj koji omogućuje življenje
unutar kapaciteta nosivosti globalnog ekosustava. Pod kapacitetom
nosivosti razumije se omjer brzine trošenja kritičnih prirodnih
bogatstava prema brzini njihova obnavljanja. Ni ta definicija nije
bez zamjerke, jer se o kriterijima za određivanje kapaciteta
nosivosti još uvijek raspravlja.
Koncepcija strategije kapaciteta okoliša za prihvat neke
djelatnosti zasniva se na proučavanju i mjerenjima sposobnosti
ekosustava da prihvati neku djelatnost koja zauzima prostor i koja
troši prirodna bogatstva, da nepovratno prihvati otpad, odnosno
neko opasno zagađivalo, ili da isto pretvori u neopasan oblik, a da
trajno ne nastane šteta za taj ekosustav. Ta se strategija temelji
na dinamičkom pristupu okolišu i njegovoj zaštiti, a zahtijeva
široko i temeljito poznavanje i cjeline i svakog bitnog segmenta
okoliša koji se zbog ljudskih djelatnosti opterećuje. Pritom mogu
nastati i vremenski odloženi učinci, kao npr. već spomenuta tzv.
kemijska tempirana bomba. Svi propisi, kriteriji i norme za
djelatnost u prostoru te za odbacivanje zagađivala u okolišu
podređuju se karakterističnim parametrima okoliša. Određivanje
namjene prostora i djelatnosti u njem, i time kvalitete okoliša,
društvena je odluka, dakle i predmet socijalne ekologije. Jednom
donesenoj odluci, koja može imati nadnacionalne, pa čak i globalne
okvire, podređuju se političke, socijalne i ekonomske odluke. Da to
nije iluzija budućnosti, svjedoči odluka iz 1989. o smanjenju
proizvodnje i upotrebe klorfluoralkana (freona, u prvom redu u
rashladnim uređajima) radi zaštite polarnih stratosferskih ozonskih
slojeva, ili neizbježna globalna odluka o prestanku krčenja šuma
afričkog i južnoameričkog kontinenta, te ograničavanje količine
ugljičnog dioksida koji se spaljivanjem ugljikovodika ili biomase
ispušta u atmosferu. U istom je smislu 1993. donesena i Konvencija
o sprečavanju promjene klime, kojom se ograničava količina
ugljičnog dioksida nastalog spaljivanjem fosilnih goriva (ugljena,
nafte, plina) koja se smije ispuštati u atmosferu.
Koncepcija najboljeg praktičnog rješenja za okoliš jest traženje
takvog rješenja nekog razvojnog projekta ili rekonstrukcije
postojećeg projekta da ono predstavlja najveću dobrobit i najmanju
štetu za globalni okoliš kao cjelinu, s obzirom na kratkoročne i
dugoročne posljedice. Zahtijevaju se dokazi daje izabrano rješenje
najbolje za globalni okoliš kao cjelinu, a ne samo za jedan njegov
segment (zrak, vodu ili tlo) niti samo za onaj dio koji potpada pod
nacionalnu ili regionalnu jurisdikciju ili je samo dio ekonomskog
sustava države ili grupacije država. Na taj se način nastoji
postići kontrola zagađivanja koja je najbolja za okoliš kao cjelinu
izborom prikladnih razvojnih projekata i promjenom industrijske
strukture.
Strategija održivog razvitka treba naznačivati okvire novoga
društvenog odnosa prema okolišu, prema prostoru i prirodnim
izvorima, s punom sviješću o odgovornosti pred sutrašnjim
generacijama. To sutra, u doba treće svjetske industrijske
revolucije, nije lako predvidjeti pa je stoga oprezno
iskorištavanje prirodnih bogatstava, zraka, voda i mora, šuma i
plodnog tla, sirovina i energije imperativ egzistencije. Taj
imperativ glasi: iskorištavati u prvom redu ono što se može
obnavljati i ponovno stvarati;
razumno štedjeti one izvore sirovina i prostor kojih
iskorištavanje nepovrativo mijenja naš okoliš; proizvoditi takve
proizvode i iz takvih sirovina da se mogu razgraditi u neškodljive
proizvode ili preradbom ponovno vratiti u proizvodnju.
LIT.: The World Com m ission on Environment and Development (Gro
Harlem Brundtland, Chairperson), Our Com m on Future. Oxford
University Press, Oxford, 1987. - D . D. C hiras, Environmental
Science: Action for a Sustainable Future. B enjam in/Cum m ings
Publ. C o., Redwood City 1991. - P. C. Stern , O. R. Young, D.
Druckm an (Editors), G lobal Environmental Change: Understanding
the Human Dim ension. National Research Council/National Academy
Press, W ashington D. C. 1992. - M. B eazley, Caring for the Earth:
A Strategy for Survival. Reed Consum er Books Ltd., London 1993. -
T. Jackson (Editor), Clean Production Strategies: D eveloping
Preventive Environmental Management in the Industrial Econom y.
Stockholm Environment Institute, Lewis Publishers, Boca Raton
1993.
V Pravdić
ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI, spajanje materijala
nerastavljivim spojem ili razdvajanje materijala bez mehaničkih
reznih alata, najčešće pomoću topline, u što se ubrajaju
zavarivanje, lemljenje, naštrcavanje i toplinsko rezanje.
Zavarivanje je spajanje materijala pri kojem se dijelovi koje
treba spojiti zavarivanjem (zavarivani dijelovi) na spojnom mjestu
obično zagriju do omekšalog, plastičnog stanja ili se rastale, a
spajaju se staljivanjem, uz dodavanje ili bez dodavanja materijala.
Često se uz zagrijavanje primjenjuje i povećani tlak, dok je
zavarivanje bez djelovanja topline rijetko. Zavareni spoj sastoji
se od zavara (dio materijala koji je prilikom zavarivanja bio ras-
taljen) i susjedne zone u kojoj zbog povišene temperature nastaju
strukturne promjene. Zavarivanje je posebno važno u gradnji
čeličnih konstrukcija (u brodogradnji, mostogradnji, teškoj stro-
jogradnji), ali se zavaruju i skoro svi ostali metali, te staklo i
dio polimemih materijala (plastomeri).
Lemljenje je spajanje dijelova, najčešće metalnih, pomoću ra-
staljenoga dodatnog materijala (lema) koji služi kao metalno
vezivo. Pritom talište lema treba biti barem 50 °C niže od tališta
materijala koji se spaja.
Naštrcavanje je nanošenje rastaljenoga materijala na neku
površinu pri čemu se upotrebljava ista radna oprema i isti izvor
energije kao i pri zavarivanju.
Toplinsko rezanje je razdvajanje materijala pomoću topline, bez
mehaničkih reznih alata. To je zavarivanju srodan postupak jer,
iako po svrsi upravo suprotan, zahtijeva jednake ili slične izvore
energije i radnu opremu.
Zavarivanju i lemljenju srodno je i lijepljenje, jer je to
također spajanje materijala nerastavljivim spojem. Ono se, međutim,
po vrsti veziva, radnim uvjetima i opremi bitno razlikuje, a
opisano je u članku Ljepila, TE 7, str. 581.
Usporedno s kovanjem i lijevanjem metala razvijalo se i
zavarivanje i lemljenje. U Kini su pronađena željezna kola iz doba
prije Krista kojima su sastavni dijelovi spajani ljevačkim
zavarivanjem, odnosno zalijevanjem željeznom talinom , koja je
nakon skrućivanja stvorila nerastavljiv spoj. Jedan je od
najstarijih načina zavarivanja i kovačko zavarivanje, pri čemu se
dva komada kovine, ugrijana u kovačkoj vatri, spajaju udarcima
čekića. U egipatskim je kraljevskim grobovim a nađen nakit kojemu
su dijelovi spajani lemljenjem, a u Pompejima željezni cjevovod
spojen nekom vrstom kovačkog zavarivanja.
Zavarivanje i srodni postupci doživjeli su nagli razvoj tek u
posljednjih stotinjak godina kada se kao izvor topline počeo
primjenjivati električni luk. N. de Benardos i S. O lszew ski su
1885. patentirali zavarivanje ugljenom elektrodom, a N. G.
Slavjanov je 1888. patentirao elektrolučno zavarivanje obloženim
elektrodama. Bio je to golem napredak, jer se električni luk nije
više primjenjivao sam o kao izvor topline već je elektroda ujedno
služila kao dodatni materijal.
Istodobno s elektrolučnim zavarivanjem razvijalo se i
elektrootpom o zavarivanje. Amerikanac E. Thom pson prijavio je niz
patenata s tog područja između 1885. i 1900. godine. Oko 1900.
razvijeno je u Njemačkoj i Francuskoj plinsko zavarivanje. Nijemac
Goldschmidt uveo je 1903. aluminotermijsko zavarivanje.
Prvi potpuno zavaren trgovački brod sagrađen je 1930. u
Charlestonu, SA D . Između 1930. i 1953. godine razvijeni su
postupci zavarivanja pod praškom, u zaštitnoj atmosferi netaljivom
i taljivom elektrodom i zavarivanje plazm om . Ostali brojni
postupci uvedeni su poslije, pedesetih i šezdesetih godina, a
glavni je poticaj došao od industrije uključene u svemirska
istraživanja.
Prvi je zavareni m ost u ovom dijelu Europe bio zagrebački
Savski m ost, duljine 2 34m i širine 9 m , koji je sagrađen 1938.
godine (si. 1). Pri gradnji m osta zavarivački nadzor obavljao je
ing. D. Kunstelj, osnivač V isoke tehničke škole u Zagrebu i
osnivač (1958) prve Katedre za zavarivanje u Hrvatskoj i u srednjoj
i jugoistočnoj Europi.
-
584 ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI
SI. 1. Savski most u Zagrebu (1938), potpuno izgrađen
zavarivanjem
Prednosti su zavarivanja mogućnost izradbe lakših konstrukcija
od lijevanih i zakovanih (v. Metalne konstrukcije, TE 8, str. 391),
te uštede koje se mogu postići smanjenjem mase materijala ili
utroška goriva. Novi izvori energije, npr. elektronski snop i
laser, ubrzali su razvoj novih postupaka zavarivanja i omogućili
zavarivanje dotad nezavarljivih materijala (tabl. 1).
a istodobno su sposobni preuzeti i sve posljedice što ih
uzrokuje pojava zavarenih spojeva u metalnoj konstrukciji. Na
zavarljivost materijala utječe njegov kemijski sastav, odnosno udio
legimih elemenata i nečistoća, izmjere dijelova koji se zavaruju,
vrsta dodatnog materijala te priprema za zavarivanje. Ovisnost
zavar- ljivosti o tim čimbenicima nije izravna i ne može se
jednoznačno definirati i brojčano izraziti.
Pri većini postupaka zavarivanja materijal se lokalno zagrijava
sve do tališta. Takvo zagrijavanje može uzrokovati strukturne
promjene zbog difuzije atoma jednog elementa u rešetku drugog
elementa i štetne kemijske reakcije.
Na ostvarivanje i svojstva zavarenog spoja utječu brzina
zavarivanja, količina i gibanje taline, stupanj miješanja osnovnog
i dodatnog materijala, plinovi koji pri višim temperaturama ulaze u
rastaljeni materijal te neravnomjerna raspodjela temperature, s
mjestimično visokim temperaturama i velikim temperaturnim
gradijentima. Rastaljeni dodatni materijal i nastala talina
kemijski reagiraju s lokalnom atmosferom i rastaljenom troskom.
Općenito sve reakcije taline s kisikom, vodikom i dušikom negativno
utječu na mehanička svojstva zavarenog spoja, bilo da mu smanjuju
čvrstoću, žilavost i sposobnost plastične deformacije, bilo da mu
povećavaju poroznost, sklonost pukotinama, starenju i krhkom
lomu.
Homogenost se zavarenog spoja može narušiti zbog pojave
mikropukotina i makropukotina, te zbog naljepljivanja uključaka
(štetnih primjesa, spojeva koji su nastali zbog namjerno ili
nenamjerno dodanih elemenata). Najveće su pogreške pukotine koje se
prema temperaturi nastanka i karakteristikama mogu podijeliti na
vruće, hladne, pukotine zbog žarenja i lamelne pukotine. Širenje
pukotine u materijalu male plastične deformacije ili bez plastične
deformacije naziva se krhki lom. Često lom nastaje pri malim
opterećenjima, manjim od granice tečenja, zbog pre-
T a b l ic a 1
USPOREDBA ZAVARIVAČKIH I SRODNIH PO STUPAKA
O dlika postupka ili spo ja ♦
E lektrolučnozavarivan je
Zavarivanje elektronskim
snopom ili laserom
Elektrootporno prek lop no zavarivan je
E lektrootporno sučeljno zavarivan je i
zavarivan je trenjem
Zavarivanje polim ernih m aterijala
Tvrdolemljenje
M ogućnost opterećenja 5 5 4 5 5 4
Statička nosivost 5 5 4 5 4 4
Dinam ička nosivost 4 4 3 4 3 3
Otpornost na povišenu temperaturu 5 5 5 5 4 3
Otpornost na koroziju 4 4 3 5 5 3
Točnost oblika 2 4 3 3 3 4
Brtvljenje 5 5 1 - 5 5 5 4
Prigušivanje vibracija 4 4 2 - 3 4 5 4
Trošak spajanja 4 2 4 4 4 4
Trošak materijala 3 5 5 4 4 2 - 4
Trošak naknadne obradbe 3 5 4 3 4 4
♦ocjenjivanje: od vrlo povoljnog (ocjena 5) do sasvim
nepovoljnog (ocjena 1)
U posljednjih su desetak godina znatno razvijeni uređaji, oprema
i dodatni materijali za zavarivanje, što je omogućilo veću
mehanizaciju, automatizaciju i robotizaciju zavarivanja. Masa
izvora struje za zavarivanje posljednjih se godina smanjila i do
deset puta. Masa klasičnih izvora struje bila je 200-• -300 kg, dok
je masa današnjih izvora jednake nominalne struje zavarivanja manja
od 50 kg. Pojavili su se i izvori za zavarivanje impulsnom strujom.
Zavarivanje su unaprijedili i uređaji na kojima se umjesto četiri
ili pet nezavisnih parametara namješta samo jedan parametar, npr.
struja, a svi se ostali parametri dovode na optimalnu vrijednost.
Automatizaciju zavarivanja omogućio je razvoj sen- zora za
automatsko vođenje glave za zavarivanje. Novi su dodatni materijali
prilagođeni automatizaciji i robotizaciji, a najveći je napredak
postignut na području proizvodnje elektroda za zavarivanje u
zaštitnoj plinskoj atmosferi.
Prema definiciji Međunarodne organizacije za normizaciju, metal
je za određenu namjenu zavarljiv nekim postupkom zavarivanja ako se
može postići homogenost spoja, pri čemu spojevi svojim mehaničkim
svojstvima odgovaraju lokalnim zahtjevima,
laska materijala iz plastičnoga u krhko stanje. Krhki je lom
svojstven nelegiranim i niskolegiranim čelicima, koji imaju
prostorno centriranu kubičnu rešetku.
Ispitivanje zavarljivosti materijala provodi se posredno,
ispitivanjem sklonosti povećanju tvrdoće, starenju, krhkom lomu,
lamelnom trganju, nastajanju hladnih i vrućih pukotina te pukotina
u materijalima velike čvrstoće.
Zbog lokalnog zagrijavanja i hlađenja pri zavarivanju u
materijalu nastaju naprezanja koja ostaju i nakon završetka
obradbe. Osobito su velika naprezanja pri zavarivanju taljenjem,
kada dostižu granicu tečenja materijala. Ta se naprezanja bez
prisutnosti vanjske sile nazivaju napetosti. Napetosti zbog
zavarivanja mogu se smanjiti odžarivanjem, vibriranjem, valjanjem,
iskivanjem i eksplozijom.
Deformacije zavarenih spojeva i konstrukcija promjene su oblika
i izmjera zbog naprezanja pri zavarivanju. One mogu biti vrlo
velike pa su često potrebne posebne naprave za njihovo sprečavanje.
O kontroli i ispitivanju zavarenih spojeva v. Defek- toskopija, TE
3, str. 183.
-
ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI 585
Toplinska se obradba zavarenih spojeva primjenjuje radi
smanjenja pogrešaka i napetosti u zavaru. Predgrijavanjem na
100"*600°C sprečava se nastanak hladnih pukotina, a dogri- javanjem
nakon zavarivanja omogućuje se izlazak vodika iz zavarenog spoja.
Odžarivanjem na temperaturi 550"*800°C smanjuju se zaostala
naprezanja. Normalizacija se provodi nakon zavarivačkih postupaka
koji uzrokuju grubozmatu strukturu u zavaru (najčešće zavarivanja
pod praškom ili pod troskom), a temperatura normalizacije ovisi o
vrsti materijala. Ostale se vrste toplinske obradbe provode prema
vrsti materijala radi homogenizacije, tj. izjednačenja svojstava
zavarenog spoja sa svojstvima osnovnog materijala.
Prilikom zavarivanja i srodnih postupaka potrebne su zaštitne
mjere kako bi se spriječio električni udar, opasnost od ultralju-
bičastog i infracrvenog zračenja električnog luka, onečišćavanje
zraka dimom i plinovima, požar, eksplozija, nedostatak kisika i si.
Zaštitne su mjere nošenje zaštitne odjeće (maska sa zaštitnim
staklom, kožne rukavice, pregače i odijela, posebne cipele, odjeća
i rukavice za toplinsku izolaciju), primjena malih napona pri
zavarivanju u zatvorenim metalnim prostorima, upotreba respiratora
(filtara) i rad uz lokalnu ili potpunu ventilaciju.
ZAVARIVANJE
Zavarivački se postupci dijele prema izvoru ili načinu prijenosa
energije koja se pretvara u toplinu potrebnu za ostvarenje spoja
(plinski plamen, električni luk, plazma, laser, elektronski snop,
ultrazvuk), a izvori se razlikuju prema snazi, količini topline
koja se unosi u osnovni materijal, najvećoj radnoj temperaturi i
gustoći toplinskog toka (si. 2).
Danas je poznato više od pedeset različitih postupaka
zavarivanja. Ipak, najveći se dio proizvodnje zavarivanjem, više od
90% ukupne mase prerađenog materijala, obavlja primjenom samo
nekoliko postupaka. To je u prvom redu elektrolučno zavarivanje
(ručno zavarivanje obloženom elektrodom, zavarivanje taljivom
elektrodom ili netaljivom elektrodom u zaštitnoj plinskoj atmosferi
i zavarivanje pod praškom) te elektrootpomo zavarivanje.
10-2 10-1 1 10 cmPromjer efektivne toplinske točke
i a aSI. 2. Gustoća toplinskog toka, promjer efektivne toplinske
točke i snaga (a) te koncentracija topline na površini (b ) s
obzirom na različite izvore energije za zavarivanje. / plinski
plamen, 2 električni luk, 3 plazma, 4 la
ser, 5 elektronski snop
Često se primjenjuje i plinsko zavarivanje, dok se ostali
postupci primjenjuju za dijelove i konstrukcije složena oblika ili
vrlo malih i velikih izmjera te za spojeve koji se ne mogu zavariti
uobičajenim postupcima. U tablici 2 navedena je prikladnost
različitih zavarivačkih postupaka za zavarivanje pojedinih
metala.
T a b lic a 2
PRIK LA DN O ST POSTUPAKA ZA ZAVARIVANJE I LEM LJENJE POJEDINIH
M ETALA I SLITIN A *
Elektrolučno zavarivan je
M eta l ili slitina Plinskozavarivan jeručno,
obloženomelektrodom
p o dpraškom
taljivom elektrodom u zaštitnom
plinu
taljivomelektrodompunjenompraškom
netaljivom elektrodom u
zaštitnom plinu
Zavarivanjeplazm om
Zavarivanje p o d troskom
Tvrdolemljenje
Alum inij C C C A 0 A A C BTehnički bakar A B 0 A 0 A B 0
ABakrene slitine:
mjed A C 0 C 0 B C 0 Abronca B A 0 A 0 A A 0 Abakar-nikal A B 0
A 0 A A 0 A
Željezo:lijevano, kovkasti A A c B B B B c Ai nodulami lijev
O lovo A 0 0 0 0 B B 0 0Magnezij 0 0 0 A 0 A B 0 0Tehnički nikal
B A c A 0 A A 0 ANiklene slitine:
inkonel C A 0 A 0 A A 0 Anikal-srebro B 0 0 C 0 C C 0 Amonel A A
c A 0 A A 0 A
Plemeniti metali B 0 0 0 0 A A 0 AČelik:
niskougljični A A A A A A A A Aniskolegirani A A A A A A A A
Avisokougljični i A A B A A A A B Asrednjeugljičnilegirani B A B A
A A A B Anehrđajući C A A A B A A B Aalatni B A 0 C 0 A A 0 A
Titan 0 0 0 A 0 A A 0 0Volfram 0 0 0 0 0 B A 0 0Cink C 0 0 0 0 C
C 0 0
* A preporučljivo, lako; B prihvatljivo, ali nc najbolje; C m
oguće, ali ograničeno i teško; 0 ne preporuča se ili nije m
oguće
-
586 ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI
Plinsko zavarivanje metala
Pri plinskom se zavarivanju (poznatom i kao autogeno
zavarivanje) toplina za taljenje dobiva izgaranjem plina. Spojna se
mjesta zagrijavaju plinskim plamenom praktički do tališta, a
spajanje se obično postiže pomoću rastaljenoga dodatnog materijala.
Kao gorivi plin najčešće se primjenjuje acetilen, ali to mogu biti
propan, butan ili njihova smjesa, vodik i prirodni (zemni) plin.
Gorivi plin i kisik miješaju se u miješalici plamenika, a smjesa
izgara na izlazu iz sapnice (si. 3).
SI. 3. Plinsko zavarivanje. / regulatori tlaka, 2 rukohvat,3
regulatori protoka, 4 komora za miješanje, 5 sapnica
U acetilenskom se plamenu razlikuju pojedine zone u kojima se
zbivaju različite kemijske reakcije. Ukupna je kemijska reakcija za
potpuno izgaranje acetilena
(i)ali se ona zbiva u dva koraka. Prvi je korak nepotpuno
izgaranje acetilena u ugljični monoksid:
2C2H2 + 5 0 2 -> 4C 02 + 2H20,
2C2H2 + 2 0 2 —> 4CO + 2H2, (2)u kojem se troši kisik iz
smjese s acetilenom, dakle stlačeni kisik iz boce. Područje te
reakcije prepoznaje se unutar plamena po malom, svjetlijem žišku uz
sapnicu (si. 4). Drugi je korak reakcije izgaranje ugljičnog
monoksida u ugljični dioksid:
4CO + 2H2 + 3 0 2 —» 4C 02 + 2 H20. (3)U toj reakciji sudjeluje
kisik iz zraka koji okružuje plamen, a područje je reakcije
vanjska, plavo obojena ovojnica plamena. Najveća je temperatura
plamena ispred vrha unutrašnjeg žiška i to je tzv. optimalno mjesto
plamena. Pri zavarivanju se plamenik drži tako da se optimalno
mjesto nađe točno na površini zavarivanog dijela.
Mijenjanjem udjela acetilena i kisika u plinskoj smjesi pomoću
ventila na plameniku može se postići različita atmosfera i
temperatura plamena (povećavanjem udjela kisika temperatura raste).
Neutralnim plamenom naziva se onaj u kojem izgara plinska smjesa
jednakih obujamnih udjela (približno 1:1), dakle bez viška
acetilena ili kisika. Neutralni je plamen najprikladniji za
zavarivanje čelika, posebno nehrđajućeg.
Ako plamen sadrži višak kisika (oksidacijski plamen), rasta-
ljeni se metal može pjeniti i iskriti, uz nastanak krhkih oksida
koji mogu stvoriti površinski sloj troske ili se zadržati u
unutrašnjosti zavarenog metala. Zbog toga se takvim plamenom ne
smije zavarivati čelik, ali se može primijeniti za mjed. Ako,
međutim, plamen sadrži višak acetilena (redukcijski plamen), ugljik
će ući u rastaljeni metal. Jedan će dio ugljika izgorjeti, što će
uzrokovati poroznost u ohlađenom metalu, a drugi dio može stvoriti
karbide i tako pospješiti koroziju. Takav je plamen niže
temperature, pa je prikladan za zavarivanje olova i za
lemljenje.
Elektrolučno zavarivanje metala
Pri elektrolučnom se zavarivanju za taljenje metala primjenjuje
toplina električnog luka koji se uspostavlja između zavarivanog
dijela i elektrode (v. Elektrotermija, TE 5, str. 193). Zavareni
spoj nastaje taljenjem osnovnog metala, najčešće s dodatnim
materijalom, uglavnom slična kemijskog sastava. Elektrode mogu biti
ili taljive, pa ujedno služe i kao dodatni materijal, ili
netaljive.
Izvori struje za zavarivanje. Za održavanje električnog luka
obično je potrebna razmjerno jaka struja (nekoliko desetaka do
nekoliko stotina ampera) niskog napona (nekoliko desetaka volti).
Električni se luk može održavati bilo istosmjernom bilo izmjeničnom
strujom, pa kao izvori istosmjerne struje služe generatori
istosmjerne struje i ispravljači, a kao izvori izmjenične struje
transformatori i pretvarači frekvencije.
Za uspostavljanje i održavanje električnog luka važan je i napon
praznog hoda izvora (napon uspostavljanja električnog luka). S toje
taj napon viši, lakše se uspostavlja i održava električni luk, ali
je radi sigurnosti zavarivača ograničen na 70-•• 110 V.
Prijenos metala pri elektrolučnom zavarivanju. Tri su osnovna
načina prijenosa dodatnog metala od elektrode do zavarivanog
dijela: slobodnim letom kapljica, premošćivanjem i pod zaštitom
troske. Pri elektrolučnom zavarivanju taljivom metalnom elektrodom
rastaljeni se metal s elektrode prenosi najčešće u obliku kapljica
kratkim ili štrcajućim lukom. Kratkim se lukom metal prenosi uz
male struje zavarivanja i niske napone električnog luka. Takav je
način zavarivanja, zbog male količine rastaljenog metala, prikladan
za zavarivanje tankih limova, zavarivanje korijenskog sloja i
zavarivanje u prisilnim položajima. Prijenos metala štrcajućim
lukom ostvaruje se uz jake struje zavarivanja i visoke napone
električnog luka. Zbog velikog prodiranja i velikog unosa topline
taj je postupak pogodan za zavarivanje debelih limova, ali samo u
položenom položaju. Na prijenos metala najviše utječe
elektromagnetna sila, ali i gravitacijska sila, površinska
napetost, strujanje plazme, eksplozijske sile i sile zbog
djelovanja plinova. Oko vodiča kojim teče struja nastaje
koncentrično magnetno polje. Elektromagnetna sila P djeluje
radijalno prema sredini vodiča i okomito na strujni tok (v.
Elektrotehnika, TE 5, str. 130). Međutim, na rastaljenom vrhu
elektrode linije se strujnog toka izobličuju. Elektromagnetna je
sila na svakom mjestu i dalje okomita na strujni tok, ali ne nužno
i na os vodiča. Ona se može rastaviti na dvije komponente (si. 5):
na silu P2, okomitu na os
SI. 5. Oblikovanje i otkida- nje kapljice s vrha elektrode zbog
djelovanja elektroma-
gnetne sile
SI. 4. Struktura acetilenskog plamena i temperatura u njegovoj
osi. 1 žižak, 2 ovojnica
-
ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI 587
vodiča, koja uzrokuje lokalno sužavanje rastaljenog vrha
elektrode i oblikovanje kapljice (tzv. magnetno štipanje), te na
silu/*,, koja djeluje u smjeru osi. Rastezanjem kapljice strujni se
tok širi, sila P, počinje djelovati samo prema zavarivanom dijelu,
pa otkida kapljice i upućuje ih u tom smjeru.
Regulacija duljine električnog luka. Da bi se ostvarila
jednolična kvaliteta zavara (jednolične izmjere, oblik i mehanička
svojstva), količina unesene topline po jedinici duljine zavara mora
biti podjednaka. Stoga električni luk mora biti stalne duljine, a
njegovo gibanje jednolično. Pri ručnom zavarivanju zavarivač
promatra električni luk i nastoji njegovu duljinu održati stalnom,
a ujedno pomiče elektrodu u smjeru zavarivanja. U poluautomatskim i
automatskim postupcima jednolična se duljina luka održava
automatskom regulacijom, dok se izvor topline pomiče ručno ili
automatski.
Tehnološke značajke elektrolučnog zavarivanja. Djelotvornost,
ekonomičnost i ostale karakteristike elektrolučnog zavarivanja
potrebne za proračun vremena zavarivanja, cijene i količine
utrošenog materijala mogu se prikazati pomoću različitih
koeficijenata.
Koeficijent taljenja određen je masom istaljene elektrode u
određenom vremenu pri određenoj jakosti struje:
K - G't _ 7 7 ’
(4)
gdje je G{ masa istaljene elektrode, I jakost struje, t trajanje
taljenja.
Koeficijent gubitka elektrodnog materijala zbog rasprska- vanja,
isparivanja i oksidacije izračunava se pomoću izraza
K 100%, (5)
gdje je Gn masa nataljenog elektrodnog materijala koji je
prenesen na zavar.
Koeficijent iskorištenja elektrodnog metala određen je
izrazom
K, = ^ -1 0 0 % , ' Ga
(6)
gdje je Ge masa elektrodne jezgre. Koeficijent iskorištenja
ovisi o količini željeznog praha u elektrodnoj oblozi, tipu obloge
i bazičnosti troske, a može biti 80*• *220%.
Ručno zavarivanje obloženom elektrodom. Za ručno elek- trolučno
zavarivanje najčešće se upotrebljavaju obložene elektrode. One se
sastoje od metalne jezgre u obliku žice ili šipke na koju se
prešanjem ili uranjanjem nanosi nemetalna obloga. Vrsta i kvaliteta
jezgre ovise o namjeni elektrode, pa je npr. za zavarivanje
nelegiranih i visokolegiranih čelika jezgra približno istog sastava
kao i materijal koji se zavaruje. Obloga se pri zavarivanju
pretvara u trosku koja prekriva lice i korijen zavara (si. 6).
Rjeđe se upotrebljavaju cjevaste elektrode s nemetalnom jezgrom ili
posebne elektrode za navarivanje (nanošenje na osnovni materijal)
slojeva otpornih na trošenje. Obloga ima električnu, fizikalnu i
metaluršku funkciju.
Električna je funkcija obloge da uspostavi i stabilizira
električni luk. U tu se svrhu u oblogu elektrode dodaju spojevi
natrija i kalija, koji pri taljenju stvaraju plinove velike
ionizacijske sposobnosti i na taj način poboljšavaju vodljivost
između elektrode i zavarivanog dijela.
Fizikalna je funkcija obloge da omogući i olakša zavarivanje u
prisilnom položaju te zaštiti kapljice i talinu. Obloga otpušta
plinove koji štite talinu i kapljice u električnom luku od
atmosferskih plinova. Za stvaranje zaštitnih plinova uglavnom se
upotrebljavaju organske tvari i karbonati. Sastavom obloge regulira
se viskoznost i napetost površine troske na temperaturama
zavarivanja. Viskoznost troske raste s povećanjem bazičnosti
obloge, a opada s povećanjem kiselosti. O napetosti površine
rastaljene troske ovisi oblik svakog pojedinog sloja zavara. Na
mjestu zavara troska pliva na rastaljenom metalu, štiti ga i
osigurava njegovo polagano hlađenje. Za stvaranje troske
upotrebljavaju se rude i minerali kao hematit, rutil, kremen i
si.
Metalurška se funkcija obloge sastoji od legiranja, otplinji-
vanja i rafinacije. Legiranjem se nadoknađuju legimi elementi koji
izgaraju tijekom zavarivanja. Osim toga, iz obloge se u talinu mogu
dodavati legimi elementi koji poboljšavaju svojstva zavarenog
spoja. Postoje elektrodne obloge s velikim udjelom željeznog praha,
koji prelazi u zavar i povećava produktivnost zavarivanja.
SI. 6. Ručno zavarivanje obloženom elektrodom (a) i presjek
zavara (b). 1 obložena elektroda, 2 jezgra, 3 ob loga, 4 zaštitni
plin, 5 luk, 6 talina, 7 sloj troske, 8 zavar, 9 zavarivani dio, 10
lice zavara, 11 korijen zavara
Otplinjivanjem se iz taline zavara uklanjaju kisik i vodik. De-
zoksidansi u oblozi kao što su titan, aluminij, silicij, mangan i
dr. tijekom zavarivanja vežu kisik, a nastali oksidi prelaze u
trosku. Slično se iz taline zavara uklanja vodik pomoću
kalcij-fluorida, koji se nalazi u oblogama bazičnih elektroda.
Rafinacija je uklanjanje sumpora i fosfora iz taline zavara. U
tu se svrhu u oblogu dodaju oksidi kalcija i mangana, koji vežu
sumpor i fosfor i prelaze u trosku.
Gravitacijsko zavarivanje. Za gravitacijsko se zavarivanje
upotrebljavaju obložene elektrode promjera 5* -8mm i duljine
700-*-900mm. Elektroda je jednim krajem preko obloge oslonjena na
dio koji se zavaruje, dok je drugi kraj stegnut kliještima koja
klize i spuštaju se po okviru gravitatora (si. 7). Kada se
elektroda potpuno rastali, automatski se prekida električni luk.
Zavarivač treba samo uložiti novu elektrodu i uspostaviti
električni luk.
SI. 7. Gravitacijsko zavarivanje. 1 elektroda, 2 okvir gra
vitatora, 3 kliješta
Kontaktno zavarivanje. Za kontaktno se zavarivanje
upotrebljavaju slične elektrode kao i za gravitacijsko, ali s
oblogama prilagođenim mnogo manjem nagibu elektrode. Uređaj se
sastoji od magnetnih držača i polužnog opružnog mehanizma s
kliještima, koji održava potreban nagib elektrode. Kada se
elektroda rastali, zavarivač umeće novu elektrodu, premješta uređaj
na novi položaj i ponovno uspostavlja električni luk.
Zavarivanje pod bakrenom letvom primjenjuje se za pre- klopne,
sučeljne i kutne spojeve duljine do 2m. Elektrode se polažu uzduž
spoja i pokrivaju bakrenom letvom s utorom za elektrodu. Jedan se
kraj elektrode spaja s izvorom struje, dok se između drugog kraja i
zavarivanog dijela uspostavlja električni luk pokriven troskom.
Zavarivanje pod praškom. Elektrode za zavarivanje pod praškom
taljive su i bez obloge, najčešće u obliku žice promjera 2- *6mm,
dok se za navarivanje upotrebljavaju trakaste ili
-
588 ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI
vrpčaste elektrode. Tijekom zavarivanja stalno se dovodi prašak
iz lijevka iznad spojnog mjesta (si. 8). Električni se luk pritom
ne vidi jer je prekriven slojem praška i troske koja nastaje
taljenjem dijela praška. Prašak štiti rastaljeni metal od
djelovanja okolne atmosfere, sprečava naglo hlađenje zavara,
oblikuje zavar i utječe na njegov kemijski sastav. Po kemijskom
sastavu prašci su vrlo slični oblogama obloženih elektroda i imaju
jednake funkcije.
SI. 8. Zavarivanje pod praškom. 1 elektroda, 2 luk,3 prašak, 4
talina, 5 troska, 6 zavar
Zavarivanje u zaštitnoj plinskoj atmosferi. Elektrolučno se
zavarivanje može provoditi i u zaštitnoj plinskoj atmosferi, a
zaštitni plin može biti inertan ili aktivan. Glavni su postupci
zavarivanja u zaštitnoj atmosferi zavarivanje taljivom elektrodom i
zavarivanje netaljivom volframnom elektrodom.
Zavarivanje taljivom elektrodom u zaštitnoj atmosferi poznato je
pod nazivom MIG (prema engl. Metal Inert Gas) ili MAG (Metal Active
Gas). Električni se luk uspostavlja između zavarivanog dijela i
taljive kontinuirane elektrode u obliku žice, obično spojene s
pozitivnim polom istosmjernog izvora struje (si. 9). Elektroda je
ujedno i dodatni materijal. Zavaruje se u zaštitnoj atmosferi
inertnih plinova (argona ili helija) ili aktivnih plinova
(ugljičnog dioksida ili smjese ugljičnog dioksida i drugih
plinova). Postupak može biti poluautomatski (dodavanje žice je
mehanizirano, a vođenje pištolja ručno) ili automatski (potpuno
mehaniziran). Poseban je način zavarivanja u vertikalnom položaju
između dviju bakrenih letava (tzv. elektroplinsko zavarivanje).
SI. 9. Zavarivanje taljivom elektrodom u zaštitnoj atmosferi. /
elektroda, 2 dovod plina, 3 zaštitna atmo
sfera, 4 luk, 5 talina, 6 zavar
Kao taljive elektrode najčešće se upotrebljavaju pune žice
promjera 0,6* •• 2,4 mm. Žice od čelika pobakrene su ili poniklene
radi boljeg električnog kontakta i zaštite od korozije. Osim punih
žica upotrebljavaju se žice punjene praškom za zavarivanje u
zaštitnoj atmosferi i žice koje same stvaraju zaštitnu atmosferu
raspadanjem praška.
Zavarivanje netaljivom volframnom elektrodom u inertnoj
atmosferi poznato je pod nazivom TIG (prema engl. Tungsten Inert
Gas). Osnovni metal, a po potrebi i dodatni, tale se toplinom
električnog luka koji se uspostavlja između elektrode i zavarivanog
dijela. Elektroda se ne tali, već služi samo za uspostavljanje i
održavanje električnog luka. Elektrode se danas uglavnom izrađuju
od volframa legiranog s 1 •••2% torijeva oksida, cirkonijeva oksida
i si., a rijetko od čistog volframa. Mjesto zavarivanja (rastaljeni
osnovni metal, dodatni materijal, zagrijani vrh elektrode) inertnim
se plinovima, najčešće argonom ili helijem, štiti od štet
nog djelovanja okolne atmosfere (si. 10). Osim toga, zaštitni se
plin lako ionizira, što olakšava održavanje električnog luka.
SI. 10. Zavarivanje volframnom elektrodom u inertnoj atmosferi.
/ elektroda, 2 dovod plina, 3 zaštitna atmosfera, 4 luk, 5 dodatni
materijal, 6 talina, 7 zavar
Uspostavljanje električnog luka kratkim spojem izbjegava se zbog
oštećivanja vrha elektrode i smanjenja stabilnosti luka, te
uključivanja volframa u osnovni materijal s nepovoljnim
posljedicama po mehanička svojstva spoja. Električni se luk
uspostavlja posebnim visokonaponskim visokofrekventnim
generatorima. U novije se doba primjenjuju i uređaji koji mogu
davati strujne impulse prema potrebi. Struja zavarivanja u rasponu
je između najveće vrijednosti, kad se tali osnovni materijal, i
najmanje vrijednosti, kada se samo održava stabilan električni luk.
Takav je način rada prikladan za zavarivanje slabo zavarljivih
materijala, zavarivanje u prisilnim položajima te zavarivanje
tankih limova jer se pogodnim trajanjem i amplitudom impulsa može
postići da se materijal tali uz nastanak samo male količine taline
koja se neće cijediti.
Zavarivanje volframnom elektrodom u atmosferi atomiziranog
vodika. Električni se luk ostvaruje između dviju volframnih
elektroda. Kao zaštitni plin služi vodik, koji se u električnom
luku raspada na atome. Međutim, na rubu električnog luka (na rubu
zavara) vodikovi se atomi ponovno spajaju u molekule, čime se
oslobađa određena količina topline. Tako vodik ima trojaku zadaću:
on služi kao zaštitni plin, dodatni izvor topline i kao sredstvo za
hlađenje elektrode. Ipak, zbog opasnosti pri rukovanju vodikom taj
se postupak rijetko primjenjuje.
Zavarivanje ugljenom elektrodom. Električni se luk ostvaruje
između dviju ugljenih elektroda ili između ugljene elektrode i
zavarivanog dijela, a služi samo kao izvor topline za taljenje
metala. Kako se mjesta zavarivanja ne zaštićuju, moguća je
oksidacija taline, pa se postupak rijetko primjenjuje za
zavarivanje, ali češće za žlijebljenje materijala.
Elektrootporno zavarivanje metala
Pri elektrootpomom zavarivanju metal se zagrijava i tali
toplinom koja nastaje zbog velikog električnog otpora na dodirnim
mjestima dvaju predmeta uključenih u strujni krug (v. Elektroter-
mija, TE 5, str. 183). Za oblikovanje spoja potrebna je uz
toplinsku i mehanička energija.
Dodirni otpor ovisi o jakosti struje, prianjanju, stanju
površine, vrsti spoja i vrsti dodatnog materijala. Otpori osnovnog
materijala mogu se zanemariti. Osim dodirnog otpora između
zavarivanih dijelova nastaje i dodirni otpor između elektrode i
zavarivanog dijela. Toplina koja nastaje na tom mjestu predstavlja
gubitak i odvodi se rashladnom vodom koja struji kroz
elektrodu.
Za elektrootporno zavarivanje potrebna je struja jakosti
100-•-300000A. Zbog razmjerno malena električnog otpora metala
zavaruje se strujom niskog napona (0,5---25 V). Trajanje je
prolaska struje vrlo kratko i iznosi od 0,05 do nekoliko desetaka
sekundi, već prema vrsti postupka i materijalu. Za zavarivanje se
uglavnom upotrebljava izmjenična struja. Prema obliku ostvarenog
spoja zavarivanje može biti točkasto, bradavičasto, šavno,
iskrenjem, tlačno, visokofrekventno i dr.
Točkasto zavarivanje primjenjuje se najviše za zavarivanje
tanjih dijelova, obično limova, koji se pritisnu elektrodama od
bakrene slitine kroz koje protječe struja. Na dodirnim se mjestima
zavarivanih dijelova između elektroda razvija toplina zbog dodirnog
otpora, a dodirne se površine spajaju djelovanjem tlačne sile.
Zavar je lećasta oblika. Prema broju točaka koje se istodobno
-
ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI 589
zavaruju razlikuje se jednotočkasto i višetočkasto zavarivanje
(si. 11). Najproširenije je jednotočkasto dvostrano zavarivanje s
elektrodama na obje strane spoja, ali se primjenjuje i jednostrano
zavarivanje. Točkasto je zavarivanje vrlo prikladno za
robotizaciju, pa su prvi industrijski roboti služili upravo za
točkasto zavarivanje u automobilskoj industriji.
SI. 11. Različite vrste točkastog zavarivanja. 1 elektrode, 2
zavarivani dijelovi, 3 zavar, 4 bakreni podložak
Bradavičasto zavarivanje. Tlačna se sila i toplina pri bra-
davičastom zavarivanju lokalizira na izbočinama (bradavicama) koje
se mjestimice naprave na jednome od zavarivanih dijelova. Istodobno
se zavaruje na više mjesta. Zbog velikog otpora na dodirnim će se
mjestima razviti toplina dovoljna da se metal rastali. Izbočine će
nestati, a oblikovat će se spojevi slični onima kod točkastog
zavarivanja. Prednost je bradavičastog zavarivanja prema točkastom
u tome što se elektrode manje troše.
Savno zavarivanje osniva se na istom principu kao i točkasto,
samo što se zavarena mjesta nalaze neposredno jedno za drugim (si.
12). To se postiže okretanjem elektroda u obliku diskova i čestim
uzastopnim propuštanjem struje. Taj se postupak primjenjuje kada se
zahtijeva nepropustan spoj. Zavarivanje sučeljnih spojeva uz
primjenu dodatnog materijala u obliku trake ili žice posebna je
vrsta šavnog zavarivanja.
I
SI. 12. Šavno zavarivanje. / elektrode, 2 zavarivani
dijelovi, 3 zavar
tZavarivanje iskrenjem temelji se na zagrijavanju metala
prilikom kratkog spoja. Zavarivani se dijelovi stegnu
elektrodama u obliku čeljusti, a zatim se primicanjem i odmicanjem
nekoliko puta dovode u dodir pa se zbog kratkog spoja i iskrenja
njihovi sučeljeni krajevi predgrijavaju. Nakon toga se primiču
jedan prema drugom uz veliku struju zavarivanja, pa na izbočenim
mjestima nastaje snažno zagrijavanje, eksplozivno taljenje
(iskrenje) i isparivanje metala, a spoj se ostvaruje pomoću tlačne
sile.
Tlačno elektrootporno zavarivanje temelji se na elektroot- pomom
zagrijavanju metala do plastičnog stanja i spajanju velikom tlačnom
silom. Zavarivani se dijelovi, stegnuti u čeljusne elektrode,
dovode u dodir po čitavu presjeku, uz istodobno propuštanje struje
kroz elektrode. Zavareni su spojevi slične kvalitete kao i spojevi
zavareni iskrenjem, ali su potrebne puno jače struje.
Visokofrekventno zavarivanje, u koje se ubraja i indukcijsko
zavarivanje, također je elektrootporno zavarivanje primjenom vi
si. 13. V isokofrekventno šavno zavarivanje cijevi (a) i strujni
tok (b ). 1 indukcijska zavojnica, 2 tlačni valjci, 3 mjesto
zava
rivanja, 4 zavar
sokofrekventne struje za zagrijavanje metala i koncentriranje
topline na željeno mjesto. Visokofrekventna struja dovodi se na
zavarivani dio, podalje od mjesta zavara, preko kliznih elektroda
ili indukcijske zavojnice. Zbog visoke frekvencije (10*•• 500kHz)
struja teče samo rubovima materijala do dubine od nekoliko desetina
milimetara, i samo se u tom području materijal grije. Na mjestu
zavarivanja materijal se ugrije do plastičnog stanja i spaja pomoću
tlačnih valjaka. Visokofrekventno je zavarivanje osobito pogodno za
zavarivanje cijevi (si. 13), profila i ostalih proizvoda izrađenih
od čelične trake. Postupak je potpuno automatiziran, a brzine su
zavarivanja vrlo velike, do 150 m/min za tankostjene cijevi.
Ostali postupci zavarivanja metala
Zavarivanje plazmom. Za zavarivačke potrebe plazma se dobiva
tlačenjem plina kroz električni luk, a zatim se plazmeni plin vraća
u stabilno stanje predajući zavarivanom dijelu toplinsku energiju
preuzetu iz električnog luka (v. Elektrotermija, TE 5, str.
195).
Za zavarivanje plazmom upotrebljava se netaljiva volframna
elektroda, a električni se luk može uspostaviti između elektrode i
zavarivanog dijela (prijelazni luk) ili između elektrode i sapnice
(neprijelazni luk). Prvi je način sličan običnom zavarivanju ne-
taljivom elektrodom, ali je njegova odlika što je luk mnogo uži,
bolji je prijenos topline, veće je prodiranje i veća brzina
zavarivanja. Drugim načinom rada, pri kojem se luk uspostavlja
između elektrode i sapnice (si. 14), toplina se na zavarivani dio
prenosi samo plazmom, a velika mu je prednost što zavarivani dio
nije uključen u strujni krug i ne mora biti električni vodič. Kao
plazmeni plin upotrebljava se argon u količini od 0,5 --2,5 L/min,
a za zaštitu plazmenog mlaza i mjesta zavarivanja od okolne
atmosfere najčešće služe inertni plinovi argon, helij ili njihova
smjesa.
SI. 14. Zavarivanje plazmom uz neprijelazan električni luk. 1
volframna elektroda, 2 plazm eni plin, 3 zaštitni plin, 4 kanal za
hlađenje elek
trode, 5 sapnica, 6 plazma
Zavarivanje plazmom primjenjuje se za spajanje vrlo tankih
limova te višeslojnih i kutnih spojeva. Osim toga, primjenjuje se i
za zavarivanje protaljivanjem kada plazmeni snop protaljuje čitav
osnovni materijal praveći u njemu otvor, a zavareni spoj nastaje
tako što rastaljeni materijal zbog površinske napetosti zatvara taj
otvor. Protaljivanjem se obično spajaju limovi debljine 1,5***12mm,
a može se raditi ručno ili mehanizirano, u svim položajima.
Zavarivanje pod troskom temelji se na taljenju osnovnog i
dodatnog materijala toplinom koja nastaje zbog električnog otpora
pri prolasku struje kroz rastaljenu trosku. Temperatura je
rastaljene troske ~2500°C . Dodatni je materijal najčešće kon
-
590 ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI
tinuirana žica koja se mehanizirano dodaje u talinu. Zavareni se
spoj oblikuje od rastaljenih rubova osnovnog materijala i elektro-
dne žice. Rastaljeni metal zbog veće gustoće tone pod rastaljenu
trosku gdje se hladi. Za oblikovanje zavara i sprečavanje
istjecanja rastaljene troske i metalne taline služe klizači hlađeni
vodom (si. 15). Zavarivanje napreduje pomicanjem glave za
zavarivanje odozdo prema gore.
SI. 15. Zavarivanje pod troskom. 1 elektrodna žica, 2 vodilica,
3 zava- rivani dijelovi, 4 rasta- ljena troska, 5 rastaljeni metal,
6 zavar, 7 bakreni klizači, 8 rashladna voda, 9 zavareni spoj,
10 transformator
Zavarivanje pod troskom primjenjuje se za zavarivanje limova
debljih od 10 mm. Osim osnovnoga, primjenjuje se više drugih
postupaka, a najčešće onaj s taljivim vodilicama za elektrodu. Tada
se uzduž cijelog spoja postavljaju bakrene papuče, pa nije potreban
mehanizam za njihovo pokretanje, nego samo uređaj za dodavanje
elektrodne žice. Vodilica se tali, ulazi u sastav spoja i
nadoknađuje gubitak troske.
Zavarivanje magnetno upravljanim lukom. Zavarivani se dijelovi
(sučeljene cijevi i slični predmeti s izbočenim dijelovima) stežu i
centriraju u steznoj napravi, a zatim se povezivanjem s izvorom
struje i dodirom uspostavlja električni luk. Pomoću magnetnog polja
luk se prisili na rotacijsko gibanje po rubovima sučeljenih
površina, pa se one zagrijavaju i tale. Konačno se dijelovi
pritisnu jedan uz drugi i zavare.
Ultrazvučno zavarivanje. Za ostvarivanje spoja primjenjuje se
energija ultrazvuka (v. Ultrazvuk). Zavarivani se dijelovi
postavljaju između tzv. sonotrode, koja vibrira ultrazvučnom
frekvencijom, i nepomičnog nakovnja (si. 16). Sonotroda razmjerno
malenom silom tlači zavarivane dijelove. Ultrazvučne su vibracije
paralelne s dodirnom plohom sonotrode i s nje se prenose na gornji
zavarivani dio. Zbog njegova relativnog gibanja s obzirom na donji
dio dodirne se plohe trenjem zagrijavaju, a istodobno se s njih,
zbog smičnog naprezanja, otkidaju vrhovi neravnina (oksidi i druge
nečistoće). Pri dovoljno velikom tlaku i amplitudi vibracija
materijal se na dodirnim plohama tali, pa se zbog djelovanja
međuatomnih sila oblikuje zavareni spoj.
SI. 16. Ultrazvučno točkasto zavarivanje. 1 sonotroda, 2
zavarivani d ijelovi, 3 nakovanj, 4 prijenosnik vibracija, 5
visoko-
frekventna struja, 6 vibrator
Aluminotermijsko zavarivanje je spajanje metala pomoću
pregrijane taline (~2 500°C) koja nastaje egzotermnom reakcijom
željeznog oksida i aluminija. Smjesi sitnih čestica aluminija i
oksida (termit) mogu se dodati i legimi elementi. Aluminij oduzima
kisik željeznom oksidu, pri čemu nastaje željezo koje služi kao
dodatni materijal:
3 FeO + 2 A1 —> A120 3 + 3 Fe,
Fe20 3 + 2 A1 —> A120 3 + 2Fe,
3Fe30 4 +8A1 -> 4A120 3 +9Fe,
(7)
(8)
(9)
a razvija se i toplina od 783 kJ/mol u prvoj, 758 kJ/mol u
drugoj, a 3012kJ/m ol u trećoj reakciji. Za reakciju je potrebno
20- *30 sekundi, već prema količini materijala. Pregrijana talina
nalazi se u loncu iznad spoja (si. 17) i ispušta se u kalup
načinjen oko dijelova koje treba spojiti. Ti se dijelovi prije
zavarivanja predgriju do crvenog žara. Budući daje temperatura
taline gotovo dva puta veća od tališta zavarivanog metala, tale se
i njegovi rubovi, a spoj se oblikuje hlađenjem.
SI. 17. Aluminotermijsko zavarivanje. 1 troska, 2 pregrijana
talina, 3 kalup,4 zavarivani dijelovi, 5 zavareni spoj
Zavarivanje elektronskim snopom je spajanje metala pomoću
topline proizvedene pretvorbom kinetičke energije ubrzanih
elektrona prilikom udara o metal koji se zavaruje (v. Elektro-
termija, TE 5, str. 196). Katkad se upotrebljava dodatni materijal,
ali talina za oblikovanje spoja pretežno nastaje taljenjem osnovnog
metala. Zavaruje se u vakuumu, a izvor elektrona je užarena
volframna nit. Elektroni se od volframne katode do anode ubrzavaju
jakim električnim poljem zbog velike razlike potencijala između
elektroda (nekoliko desetaka do više stotina kilovolti). Toplina
koja se razvija na površini metala razmjerna je broju elektrona
koji udare o površinu u određenom vremenu i njihovoj kinetičkoj
energiji. Da bi se povećala koncentracija topline, elektronski se
snop fokusira elektromagnetnim lećama i magnetnim poljem.
Lasersko zavarivanje je spajanje metala pomoću topline koja
nastaje djelovanjem snopa laserskog zračenja na zavarivani dio. Od
mnogih tipova lasera (v. Laser, TE 7, str. 486) nekoliko ih je
pogodno za obradbu materijala, najčešće za zavarivanje i rezanje.
Laserom se mogu zavariti dijelovi debljine od nekoliko mikro-
metara pa sve do 40 mm, i to s dodatnim materijalom ili bez njega.
Najviše se upotrebljavaju plinski laser s ugljičnim dioksidom i
čvrsti laser (Nd-YAG), kojima je gustoća energije za zavarivanje
105** IO6 W/cm2, a za rezanje IO6-* - IO8 W/cm2,štojeprifokusira-
nju dovoljno, ako je potrebno, i za ispari vanje materijala
(temperatura od nekoliko tisuća kelvina). Za zavarivanje i rezanje
upotrebljavaju se laseri snage od nekoliko stotina vata do desetak
kilovata.
SI. 18. Fleksibilni laserski sustav za obradbu materijala. /
laserski uređaj, 2 optičko vlakno, 3 zavarivani dio, 4 robot, 5
pomoćni plin, 6 upravljački uređaj
Laserom se mogu zavari vati i rezati sve vrste čelika,
neželjezni metali i njihove slitine, te nemetali, posebno polimemi
materijali. Čvrsti laseri Nd-YAG prikladniji su jer se laserska
zraka može voditi savitljivim optičkim vlaknima i priključiti na
robot (si. 18).
-
ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCIZbog velikog temperaturnog
gradijenta između rastaljenog metala i metala uz talinu,
zagrijavanje i hlađenje metala mnogo je brže nego pri elektrolučnim
postupcima. To je povoljno zbog uske zone utjecaja topline, ali
može uzrokovati zakaljivanje i pojavu pukotina.
Među postupke zavarivanja elektromagnetnim zračenjem ubrajaju se
i refleksijsko zavarivanje te zavarivanje infracrvenim zračenjem.
Zbog male energije oba su postupka ograničena na specijalni rad s
tankim materijalom i prikladniji su za lemljenje.
Zavarivanje eksplozijom tlačno je zavarivanje metala u hladnom
stanju. Visoki se tlak između dijelova koje treba zavariti
ostvaruje detonacijskim izgaranjem eksploziva. Izgaranje se širi
velikom brzinom i potiskuje gornji dio, obično namješten pod kutom
od l*--15°, prema donjem, nepomičnom dijelu (si. 19). Zbog
djelovanja okomitih i tangencijalnih sila istiskuje se površinski
sloj oksida na dodirnim plohama, koji bi onemogućio zavarivanje.
Zavarivanje eksplozijom najčešće se primjenjuje za platiranje, ali
i za zavarivanje čelika, aluminija, bakra, nikla, ti- tana,
volframa, molibdena i njihovih slitina, i to u prvom redu onda kada
se spajanje ne može ostvariti drugim zavarivačkim postupcima ili bi
to bilo preskupo.
SI. 19. Zavarivanje eksplozijom , a stanje prije eksplozije, b
napredovanje detonacijskog područja; / detonator, 2 eksploziv, 3
metal koji se navaruje,
4 umetak za početni položaj, 5 osnovni metal, 6 detonacijsko
područje
Kao izvor energije služe različiti deflagrantni (izgarajući) ili
detonantni uobičajeni eksplozivi koji se upotrebljavaju u privredne
ili vojne svrhe (v. Eksplozivi, T E 3, str. 528). Njihove količine
ovise o vrsti materijala, obliku spoja i izmjerama izratka.
Postupak se može primijeniti za zavarivanje vrlo malih dijelova,
ali i za dijelove kojima masa iznosi i do 251. Zbog eksplozije
postupak nije prikladan za primjenu u radioničkim halama, pa se
provodi daleko od naselja, najčešće na vojnim poligonima.
Difuzijsko zavarivanje. Spajanje zavarivanih dijelova nastaje
kad se u vakuumskoj komori razmak dodirnih ploha tlačenjem smanji
na veličinu kristalne rešetke metala (si. 20). Radna je temperatura
tek nešto viša od temperature rekristalizacije pa zavarivanje
nastaje bez taljenja metala i nema promjene fizikalnih i kemijskih
svojstava metala koji se zavaruju.
SI. 20. D ifuzijsko zavarivanje. 1 zavarivani dijelovi, 2 va-
kuumska crpka, 3 tlačni cilindar, 4 vakuumska komora,5 gornja
tlačna ploča, 6 izolacija, 7 indukcijska zavojnica
za zagrijavanje, 8 donja tlačna ploča
Hladno zavarivanje temelji se na adheziji i djelomičnoj difuziji
metala koji su bez zagrijavanja podvrgnuti velikoj tlačnoj
sili pa na spojnom mjestu nastaje plastična deformacija (si.
21). Za taj postupak spajanja prikladni su metali s izraženom
mogućnošću plastične deformacije na sobnoj temperaturi, kao što su
aluminij, bakar, nikal, titan, nehrđajući čelik i dr. Hladnim se
zavarivanjem mogu spajati i raznorodni metali.
SI. 21. Hladno zavarivanje, a početni položaj, b krajnji
položaj; / stezaljka,2 zavarivani dijelovi, 3 zavareni spoj
Zavarivanje trenjem temelji se na zagrijavanju metala toplinom
koja nastaje zbog trenja na dodirnim plohama pri njihovu relativnom
gibanju. Zavarivani dio, učvršćen u nosač koji se okreće, tlači se
na drugi, mirujući dio. Kada se zbog trenja oba dijela zagriju do
plastičnog stanja, rotirajući se dio zaustavlja kočnicom, a zatim
se povećanom aksijalnom silom ostvaruje zavareni spoj.
Zavarivanje polimernih materijala
Od polimernih se materijala mogu uspješno zavarivati samo
plastomeri, koji se, poput metala, prilikom zagrijavanja omekšavaju
i tale, a pri hlađenju se skrućuju, što se može po volji ponavljati
(v. Polimerni materijali, TE 10, str. 583). Zavarivanje se
ostvaruje međusobnim pritiskom zavarivanih dijelova kojima su
dodirna mjesta zagrijavanjem omekšana do plastičnog stanja. Za
razliku od metala, polimerni materijali ne provode električnu
struju. Međutim, njihova su tališta mnogo niža, pa su za
zagrijavanje dovoljne mnogo niže temperature. To su razlozi zbog
kojih se postupci za njihovo zavarivanje ponešto razlikuju od onih
za metale. Većina se tih postupaka temelji na jednostavnom
zagrijavanju spojnih mjesta vrućim plinom, vrućom žicom ili nekim
većim grijaćim elementom, plamenom (zavarivanje pre- taljivanjem)
ili infracrvenim zračenjem. Katkad je za zagrijavanje dovoljno i
trenje među zavarivanim dijelovima (zavarivanje trenjem), a
zavarivati se može i polaganjem sloja rastaljenog poli- memog
materijala između zavarivanih dijelova (ekstruzijsko zavarivanje,
si. 22). Zavarivanje se može ostvariti i pritiskom ravnih ili
valjkastih grijača zagrijanih visokofrekventnom strujom.
Primjenjuje se, kao i za metale, i ultrazvučno zavarivanje, a
SI. 22. Ekstruzijsko zavarivanje polimernih materijala. /
dodatni polimerni materijal, 2 zagrijani ekstruder, 3 sapnica, 4
ekstrudat, 5 i 6 zava
rivani dijelovi, 7 tlačni valjci
-
592 ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI
SI. 23. Indukcijsko zavarivanje polim em ih materijala. 1
visokofrekventni generator, 2 induktor, 3 feroma- gnetična žica, 4
i 5 zavarivani
dijelovi
zanimljivo je i indukcijsko zavarivanje pomoću umetnute fero-
magnetične žice, koja nakon spajanja ostaje u materijalu (si.
23).
LEMLJENJE
Lemljenje je spajanje dijelova, najčešće metalnih, pomoću
rastaljenoga dodatnog materijala koji se naziva lem i kojemu je
talište barem 50 °C niže od tališta lemljenog materijala. U
posebnim se slučajevima lemljenjem može spajati i keramika.
Lemni se spoj ostvaruje kvašenjem površine lemljenog metala
rastaljenim lemom, difuzijom lema u površinske slojeve spajanih
dijelova te kristalizacijom lema i mehaničkim sidrenjem. Da bi
rastaljeni lem kvasio čvrsti lemljeni metal, potrebna je toplina za
taljenje lema, a kvašenje je to bolje što je temperatura viša.
Drugi je uvjet kvašenja da površinske veze metala budu slobodne,
tj. da na površini ne bude oksida, prevlaka, nečistoća i si. Zbog
toga se spojne površine čiste mehanički i kemijski prije lemljenja
te kemijski za vrijeme lemljenja pomoću talila, koje otapa
površinske nečistoće lemljenog metala i omogućuje dobro kvašenje i
rasprostiranje lema po njegovoj površini. Ako se lemi na zraku,
talilo reducira oksidni sloj i štiti površinu od dalje oksidacije.
Kapilarno djelovanje lema ovisi o čistoći površine i širini razmaka
među lemljenim dijelovima.
Za meko se lemljenje kao talila upotrebljavaju anorganski i
organski halogenidi (npr. cinkov klorid), a za lemljenje aluminija
posebno su prikladna talila amino-spojevi s dodatkom fluoriđa i
klorida. Kao talila za tvrdo lemljenje uglavnom se upotrebljavaju
različiti fluoridi, kloridi i spojevi bora, a za aluminij litijev
klorid i litijev fluorid.
Česta je podjela lemljenja prema radnoj temperaturi na meko
lemljenje i tvrdo lemljenje. Za meko se lemljenje upotrebljavaju
lemovi s talištem nižim od 450 °C, a za tvrdo lemljenje lemovi s
višim talištem (tabl. 3). Bitna razlika nije u mehanizmu nastajanja
spoja, nego u mehaničkim svojstvima spoja, jer se tvrdim lemljenjem
postiže veća čvrstoća i tvrdoća. Različiti postupci lemljenja mogu
služiti i za meko i za tvrdo lemljenje. U tablici 2 navedena je
prikladnost tvrdog lemljenja za spajanje pojedinih metala i
slitina.
Kapilarno lemljenje (lemljenje u rasporu) jest spajanje pri
kojem je razmak među površinama koje se spajaju jednoličan i manji
od 0,5 mm. Osim kapilarnog lemljenja postoji i lemljenje u žlijebu
(zavarivačko lemljenje) koje zahtijeva pripremu dijelova za
lemljenje sličnu pripremi za zavarivanje.
Više je razloga naglom razvoju lemljenja posljednjih desetljeća:
lemljenje se može vrlo lako mehanizirati i automatizirati, te je
stoga pogodno za serijsku i masovnu proizvodnju, ne tali se
lemljeni metal pa nema većih strukturnih promjena, vrlo se lako
spajaju raznorodni metali, postupak je brz, deformacije zalem-
ljenog dijela su malene i nije potrebna naknadna mehanička obradba
lemnog spoja. Osim metala danas se lemljenjem uspješno spaja i
keramika.
Lemljenje ručnim lemilom primjenjuje se samo za meko lemljenje.
Lem se tali u dodiru s vrućim lemnim šiljkom, koji se može
zagrijavati električnom strujom ili plinskim plamenom. Lemovi su
najčešće u obliku šipke, često s talilom u posebnim kanalima.
Lemljenje lemilom primjenjuje se za lemljenje pojedinačnih spojeva
u elektrotehnici i limarskim radionicama.
Plinsko lemljenje temelji se na zagrijavanju i taljenju lema
plamenom gorivih plinova. Ako se kao gorivi plin upotrijebi
acetilen, oprema za lemljenje slična je onoj za plinsko
zavarivanje. Osim acetilena, kao gorivi plinovi primjenjuju se
propan, butan, prirodni plin i si. Plinsko se lemljenje može
automatizirati tako da se između dijelova koji se spajaju unaprijed
stavi talilo i lem, a zatim se tako pripremljeni sklop vodi pomoću
pokretne trake pored plamenika koji ga zagrijavaju do temperature
lemljenja. Zbog kapilarnog tlaka lem ispunjava raspor između
dijelova koji se spajaju. Taj se postupak primjenjuje i za
istodobno lemljenje više spojeva.
Lemljenje u peći sa zaštitnom atmosferom. Pri lemljenju u peći
osigurava se ravnomjerno zagrijavanje metala, što omo
T a b l ic a 3
V RSTE I KEMIJSKI SASTAV LEMOVA*
M eki lem ovi Tvrdi lem ovi
po če ta k taljenja
18 3 °C
za alum inij
(2 5 0 — 385 °C)
za opću upotrebu
( 6 1 0 - 1 1 0 0 °C)
visokotem peraturni
( 9 3 0 - 1 2 0 0 °C)
za lem ljenje u vakuumu
( 6 0 0 - 1 7 7 0 °C)
za posebnu namjenu
(>650 °C)
za aluminij
(5 6 0 — 580°C )
Sn-Pb-CdSn-In
InBi-Sn-CdBi-Pb-SnSn-In-Cd
Bi-In-Pb-SnBi-Pb-In-Sn-Cd
Sn-PbSn-Pb-SbSn-Pb-CuSn-Pb-Ag
Sn-A gSn-SbCd-ZnPb-AgZn-Sn
C d-Zn-A gZn
Sn-Zn-CdSn-ZnZn-CdCd-Zn
Pb-Sn-ZnZn-Al
ZnSn-C d-Zn-Al
Sn-Pb-Zn
CuCu-SnCu-Zn
C u-Ni-ZnCu-P
Ag-Cu-PA g-Cu-Zn
Ag-Cd-Cu-Zn
Ni-Cr-Si-FeNi-Cr-Si
N i-Cr-Si-B-FeNi-Cr-Si-BM n-Ni-Co
M n-NiM n-Ni-Cr
A g-M nA g-Cu
Pd-Ag-CuPd-Ni
Pd-Ag-M n
A g-Cu-Sn Ag-Cu-1 n
Ag-In Au-In A g-Cu
Ag-Cu-Pd A u-A g-Pd
Au-Cu Au-Ni
A g-Pd-Cu
Ag Pd-Au Cu-Au Ag-Pd
Au Cu
Pd-Cu-Ag Pd-Ni Au-Pd
Au-Pt-Pd Pd
Pt-Pd-Au Pt
Ag-Cu-Cd-ZnAg-Cu
A g-Cu-M n-Ni-ZnAg-Cu-Sn
Ag-Cu-Zn-SnAg-Zn-Cd
A g-Cu-Cd-Zn-NiCu-Ni-M nC u-Ni-Si
Cu-M n-Co-NiCu-Mn
Cu-M n-CoC u-Sn-AgPd-Ni-CrC u-Ti-BeTi-Zn-BeNi-Au-M oNi-Cr-SiNi-M
oCr-V
A l-SiAl-Si-CuA l-Si-Sn
♦redoslijed komponenata pojedinog lema: od komponenata s
najvećim udjelom prema onima sa sve manjim udjelom u lemu
-
ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI 593gućuje lemljenje bez
deformacija i lemljenje složenih predmeta s mnogo spojeva. Zaštitnu
atmosferu u peći čine inertni ili aktivni plinovi, a upotrebljavaju
se i vakuumske peći. Za masovnu se proizvodnju primjenjuju peći
kroz koje predmeti s već umetnutim lemom prolaze na pokretnoj
traci.
Indukcijsko lemljenje. Pri indukcijskom se lemljenju dijelovi s
umetnutim lemom stavljaju u visokofrekventno magnetno polje koje
stvara zavojnica prilagođena obliku dijelova i hlađena vodom.
Spojno se mjesto i lem tada zagrijavaju zbog pojave elek-
tromagnetne indukcije i induciranog napona uzrokovana vrtložnim
strujama. Sami dijelovi nisu elementi strujnog kruga.
Elektrootporno lemljenje. Za razliku od indukcijskog lem-
ljenja, dijelovi za lemljenje i lem pri elektrootpomom su lemljenju
dijelovi strujnoga kruga. Elektrode su bakrene ili grafitne, a
izvori energije isti kao za elektrootporno zavarivanje. Najčešće se
primjenjuje izmjenična struja velike jakosti i niskog napona.
Elektrootporno je lemljenje prikladno kada se lem može unaprijed
postaviti na spojno mjesto, a primjenjuje se uglavnom za
proizvodnju u malim serijama. Talilo se rijetko upotrebljava zbog
njegova izolacijskog djelovanja.
Lemljenje uranjanjem uglavnom se primjenjuje za meko lemljenje u
serijskoj i masovnoj proizvodnji kada se istodobno spaja više
komada male mase (manje od 1 kg). Najčešće se primjenjuje u
elektrotehnici (dijelovi hladnjaka, kolektori elektromotora) i
elektronici (tiskani krugovi). Tvrdo lemljenje uranjanjem rijetko
se primjenjuje, i to samo za manje dijelove (dijelovi instalacija,
cijevni priključci), zbog teškoća u održavanju ujednačenoga
kemijskog sastava taline.
Za lemljenje uranjanjem potreban je visok stupanj mehanizacije
transporta lemljenih dijelova. Dijelovi koje treba lemiti,
nepomično postavljeni jedni uz druge u sklopove na potrebnoj
udaljenosti i definiranom međusobnom položaju, uranjaju se u kupelj
s rastaljenim lemom. Lem tada ulazi u slobodne prostore između
dijelova, a zadržava se na tim mjestima i nakon vađenja sklopova iz
kupelji i hlađenja. Posebna je vrsta lemljenje pri kojem se
dijelovi s unaprijed umetnutim lemom uranjaju u ra- staljenu solnu
kupelj koja služi kao talilo i izvor topline.
Lemljenje elektromagnetnim zračenjem temelji se na zagrijavanju
spojnog mjesta fokusiranjem infracrvenog zračenja. Zbog razmjerno
malene toplinske energije prikladno je za lemljenje vrlo malih
dijelova u serijskoj proizvodnji. Najčešće se primjenjuje za
spajanje žica te žica i limova u elektronici, elektrotehnici i
preciznoj mehanici te za lemljenje materijala osjetljivih na jače
zagrijavanje.
Egzotermno lemljenje temelji se na zagrijavanju toplinom
dobivenom egzotermnom kemijskom reakcijom. Za lemljenje nisu
potrebni posebni uređaji i aparati, već samo smjesa prikladnih
reaktanata, npr. smjesa magnezijeva praha i manganova dioksida.
Njome se obloži spojno mjesto s umetnutim lemom, a potom se inicira
kemijska reakcija posebnim upaljačem, šibicom, električnim putem
ili neposredno plinskim plamenikom. Egzotermno se lemljenje
primjenjuje za pojedinačnu proizvodnju, za manje dijelove s teško
pristupačnim lemnim mjestima.
Elektrolučno lemljenje. Za zagrijavanje lemnog mjesta služi
električni luk koji se uspostavlja između dviju pobakrenih grafit-
nih elektroda. Tehnika je rada ista kao i pri plinskom ručnom lem-
ljenju.
Ostali postupci. Poznato je i ultrazvučno lemljenje, uz upotrebu
posebnog izvora topline ili bez njega, zatim lemljenje trenjem s
lemom umetnutim u utore na spojnim mjestima, vakuumsko lemljenje s
lemom od čistih metala (bakar, srebro), koje je posebno prikladno
za spajanje metala s keramikom i dr.
NAŠTRCAVANJE
Naštrcavanjem (metalizacijom ili nabrizgavanjem) naziva se
nanošenje rastaljenoga materijala na neku površinu štrcanjem. Taj
materijal može biti metal, tvrdi metal, keramika, plastika ili neki
oksid. Spoj naštrcanog sloja i površine ostvaruje se mehaničkim
sidrenjem, adhezijskim vezama te katkad difuzijom i mjestimičnim
zavarivanjem.
Naštrcavanje se primjenjuje za postizanje posebnih svojstava
površine (antikorozivnost, vatrootpomost, otpornost prema trošenju,
klizna svojstva, električna vodljivost, izolacijska svoj
stva, izgled površine) te za obnavljanje istrošenih dijelova,
osobito osovina, ležajnih površina i si.
Prema izvoru energije razlikuju se plinsko naštrcavanje,
elektrolučno naštrcavanje, naštrcavanje plazmom i dr. (tabl.
4).
T a b l ic a 4
VRSTE NAŠTRCAVANJA
Postupak M aterija l za naštrcavanjeO blik m aterijala za
naštrcavanje
Plinsko naštrcavanje stlačenim zrakom
plastika, cink, aluminij
prašak, pasta, suspenzija
Plinsko naštrcavanje kisikom
nikal, krom, bor, silicij, keramika prašak
Plinsko naštrcavanje kisikom i stlačenim zrakom
metali,keramika žica, prašak
Elektrolučno naštrcavanje metali žica
Naštrcavanje plazmom metali, tvrdi metali, keramika žica,
prašak
Indukcijsko naštrcavanje stlačenim zrakom metali žica
Elektrootporno naštrcavanje stlačenim zrakom metali talina
Naštrcavanje eksplozijom tvrdi metali, keramika prašak,
granule
Naštrcavanjekondenzatorskim izbijanjem metali tanka žica
Plinsko naštrcavanje. Materijal za naštrcavanje, najčešće u
obliku žice ili praška, ulazi u sapnicu plamenika i tali se u
plinskom plamenu. Iznimno se tali i površina na koju se štrca.
Kapljice se materijala usitnjuju obično stlačenim zrakom i
usmjeruju prema površini. Površina na koju se naštrcava mora biti
čista i hrapava, bez oštrih kutova i rubova. Neki od načina
pripreme površina jesu pjeskanje, narezivanje navoja ili
polukružnih utora, uvaljavanje navoja i pjeskanje te elektrolučno
nanošenje predsloja.
Elektrolučno naštrcavanje. Između dviju taljivih elektroda od
materijala za naštrcavanje uspostavlja se električni luk (si. 24).
Struja stlačenog zraka usitnjuje rastaljeni materijal i usmjerava
čestice prema površini.
SI. 24. Elektrolučno naštrcavanje. 1 taljivc elektrode, 2
stlačeni zrak,3 električni luk, 4 naštrcani sloj
Naštrcavanje plazmom. Plazma dobivena neprijelaznim lukom može,
osim za zavarivanje, služiti i za naštrcavanje materijala.
Temperatura u plazmi mnogo je veća nego u plinskom plamenu ili
električnom luku, što omogućuje i nanošenje slojeva teško taljivih
materijala. Obično se praškasti materijal za naštrcavanje uvodi u
sapnicu pištolja u struji zaštitnog plina (si. 25).
SI. 25. Naštrcavanje plazmom s neprijelaznim lukom. I ras-
hladno sredstvo, 2 plazmeni plin, 3 električni luk s plazmom, 4
ulaz za prašak, 5 na
štrcani sloj
TE XIII, 38
-
594 ZAVARIVANJE I SRODNI POSTUPCI - ZBIRNI KOMUNIKACIJSKI
SUSTAVIVisokotemperatuma plazma trenutno tali materijal i baca ga
prema površini. S obzirom na visoke radne temperature i zaštitnu
atmosferu inertnih plinova, mehanička i metalurška svojstva
naštrcanog sloja bolja su nego pri plinskom ili elektrolučnom
naštrcavanju.
Katkad se primjenjuje i naštrcavanje s prijelaznim plazmenim
lukom, što je kombinacija naštrcavanja i navarivanja. Električni se
luk održava između volframne elektrode i površine na koju se
naštrcava. Materijal za naštrcavanje se tali i ulazi na površini u
talinu nastalu zagrijavanjem električnim lukom.
TOPLINSKO REZANJE
Toplinsko rezanje je odvajanje materijala pomoću toplinske
energije, bez mehaničkih reznih alata. Materijal pritom lokalno
izgara (plinsko rezanje, elektrolučno rezanje) ili se tali i
isparuje (elektrolučno rezanje, rezanje plazmom, elektronskim ili
laserskim snopom).
Plinsko rezanje (rezanje kisikom, autogeno rezanje) postiže se
izgaranjem u struji čistog kisika na temperaturi nižoj od tališta.
Metal se prvo na mjestu reza predgrijava plinskim plamenom do
plamišta (temperature zapaljenja), a potom se dovodi kisik u kojem
metal izgara. Troska, tj. oksidi metala nastali izgaranjem, is-
puhuju se strujom kisika (si. 26). Metal se do plamišta zagrijava
najčešće acetilenom, iako se mogu upotrijebiti i drugi gorivi
plinovi (propan, butan). Kvaliteta je reza ista kao i nakon grube
obradbe odvajanjem čestica. Postupak se može mehanizirati vođenjem
plamenika po liniji rezanja pomoću fotoćelija koje očitavaju nacrt,
magnetnim kopiranjem šablone od feromagnet-
Sl. 26. Plinsko rezan je ./sm jesa acetilena i kisika, 2 mlaz
kisika za rezanje, 3 plamen za predgrijavanje, 4 područje
izgaranja, 5 troska, 6 brazde na
reznoj površini
Plinsko se rezanje može primijeniti za metale kojima je talište
u čistom kisiku više od plamišta, te od tališta njihovih oksida, a
kojima je toplina nastala izgaranjem zajedno s toplinom predgri-
javanja dovoljna za održavanje na temperaturi jednakoj plamištu.
Ono je stoga prikladno za nelegirane, niskougljične i niskolegi-
rane čelike, a uspješno se režu limovi deblji od 3 mm. Pri rezanju
tanjih limova tale se rubovi zbog slabijeg odvođenja topline pa se
moraju upotrijebiti posebne sapnice.
Rezanje električnim lukom. Metal se tali pomoću električnog luka
koji se uspostavlja ili između šuplje čelične elektrode i rezanog
dijela, pa metal izgara u struji kisika koji se dovodi kroz
središnji kanal elektrode, ili između ugljene elektrode i rezanog
dijela, pa se metal tali i izgara u struji stlačenog zraka. Sile
koje djeluju u električnom luku i struja kisika, odnosno stlačenog
zraka, pri jednoličnom pomicanju elektrode u smjeru rezanja
izbacuju nastale proizvode izgaranja i oblikuju rez. Rezanje s
ugljenom elektrodom najčešće se primjenjuje za žlijebljenje, tj. za
izradbu poluokruglih žljebova, ili za uklanjanje pogrešaka u
zavarenim spojevima.
Rezanje plazmom vrlo je slično zavarivanju plazmom. Plazmeni se
mlaz dobiva tlačenjem plina kroz električni luk koji se uspostavlja
između volframne elektrode i rezanog dijela ili hlađene bakrene
sapnice pištolja samog uređaja. Pritom se razlikuju uređaji s
prijelaznim i neprijelaznim lukom, a nastalu talinu izbacuje mlaz
plazmenih plinova.
Za stvaranje plazme upotrebljavaju se najčešće vodik i dušik te
njihove smjese s argonom. U novije se doba sve više primjenjuju
uređaji koji kao plazmeni plin upotrebljavaju zrak i imaju
nog materijala ili računalom.
1 2 1 \ \ l
posebne elektrode. Plazmom se može rezati i pod vodom, a tada
nema deformacije rezanog dijela ni onečišćenja okoliša.
LIT.: M. Beckert, A. Neumann , Grundlagen der
Schweisstechnik-Löten. VEB Verlag Technik, Berlin 1973 . - The
Procedure Handbook o f Arc Welding. The Lincoln Electric Com pany,
Cleveland 1973 . - M. Beckert, A. N eumann , Grundlagen der
Schweisstechnik-Verfahren. VEB Verlag Technik, Berlin 1974 . - H .
M unske, Handbuch des Schutzgasschweissens, Teil II:
Elektrotechnische Grund- lagen-Schweissanlagen und Einstellpraxis.
DVS-Verl., D üsseldorf 1975 . - P. M üller, L. Wolff, Handbuch des
Unterpulverschweissens. DVS-Verl., D üsseldorf 1976-1979 . - S.
Andrić, Lj. B eara, M. G racin, K G rubić, S. K ra lj, M. Živčić,
Elektrolučno zavarivanje. HDTZ, Zagreb 1977 . - A. Neumann, R.
Richter, Tabellenbuch Schweiss- und Löttechnik. VEB Verlag Technik,
Berlin 1979 . - J Rüge, Handbuch des Schweisstechnik.
Springer-Verlag, Berlin 1985 . - H. B. Carry Modem Welding
Technology. Prentice Hall, Englew ood C liffs 1989 . - S. K ralj,
S. Andrić, O snove zavarivačkih i srodnih postupaka. Sveučilište u
Zagrebu 1992.
£ Kralj
ZBIRNI KOMUNIKACIJSKI SUSTAVI (integrirani komunikacijski
sustavi), skup elektrokomunikacijskih sustava u kojima se u istoj
mreži obavlja nekoliko vrsta komunikacija. Veza se između pojedinih
krajnjih točaka komunikacijske mreže uspostavlja komutacijom
(promjenom) pojedinih spojeva u mreži. Komunikacijske su mreže
prvotno bile izgrađene od žičnih veza (v. Električni krugovi, TE 4,
str. 50; v. Električni vodovi, TE 4, str. 226), a u novije su
vrijeme pojedini dijelovi mreže povezani radio komunikacijskim
vezama (v. Telekomunikacije, radiokomunikacije, TE 12, str. 576)
ili optičkim vezama (v. Optičke telekomunikacije, TE 9, str. 631),
što je unaprijedilo tehnička i uporabna svojstva mreže, ali je bit
primjene mreže i ko- mutiranja u mreži ostala nepromijenjena.
Elementi su prijenosa kodirani znakovi, slovno-brojčani podatci,
zvuk ili slika, i to u analognom ili u digitalnom obliku.
Informacije se mogu prenositi u realnom vremenu u neprekinutom ili
isprekidanom nizu, ili u skraćenom vremenu, sažeto (komprimirano) u
tzv. informacijskim paketima. Komunikacijske mreže mogu biti
zatvorene ili otvorene, namjenske ili javne, često povezane s
drugim mrežama. U cijelom se komunikacijskom sustavu obavljaju
dvije skupine postupaka: upravljanje komunikacijama i prijenos
korisne informacije. U javnim se sustavima za pružanje
telekomunikacijskih usluga još obavlja važan postupak tarifiranja
komunikacijske usluge. Suvremene su mjesne i državne mreže većinom
povezane u jedinstvenu svjetsku komunikacijsku mrežu. Tehnička su
rješenja poznatija pod nazivima telegraf, teleprinter, telefaks,
telefon i dr., te u novije vrijeme i komunikacije pomoću računala
(v. Telekomunikacije, TE 12, str. 572).
Elektrokomunikacije su započele izumom električnog telegrafa (S.
F. B. Morse) i postavljanjem prve telegrafske linije između W
ashingtona i Baltimorea 1843. godinc.Telcgrafske su linije uskoro
počele povezivati gradove po cijelom svijetu. Izumom telefona (A .
G. Bell) i postavljanjem prve linije između Bostona i Som-
mervillea 1877. elektrokomunikacije su postale izravno dostupne
običnim korisnicima, osobito izgradnjom javnih telefonskih mreža,
koje su se ubrzo počele povezivati na državnoj, kontinentalnoj i
svjetskoj razini (si. 1). Prva je telefonska mreža puštena u rad
već 1878. godine. Komutacija se u telefonskim centralama obavljala
prvo ručno, a od 1892. primijenjuju se tehnička rješenja za
automatsko komutiranje po nalogu korisnika.
U Hrvatskoj je prva telegrafska linija postavljena iz smjera
Beča do Zagreba 1850, prva telefonska linija u Zagrebu 1881, a prva
javna telefonska mreža s ručnom centralom također u Zagrebu 1887.
godine, dakle sve sam o nekoliko godina nakon pojave i primjene tih
tehničkih izuma u svijetu. Prva je automatska telefonska centrala u
Hrvatskoj puštena u promet u Zagrebu 1928. godine.
Pojavom teleprintera i teleksa uspostavljaju se u svijetu od
1928. javne i pretplatničke teleprinterske mreže, a prva je takva
mreža u Hrvatskoj postavljena u Zagrebu 1945. godine. M asovnom
primjenom telefaksa 1980-ih godina teleprinter naglo nestaje iz
primjene. Telefonska mreža i njezini komutacijski sustavi postaju
1990-ih godina prijenosnici ne sam o telefonskih informacija nego i
telefaksa i računalnih informacija, i to na svjetskoj razini.
Tehnička rješenja od 1980-ih godina omogućila su da se ista
komutacijska mreža upotrebljava za održavanje telefonskih veza i
prijenos telefaksa, a uz upotrebu relativno jednostavna prilagod-
nog uređaja (tzv. modema) i za spajanje računala ili posebnih
računalnih mreža. U takvoj se mreži korisnicima mogu pružati i
mnoge druge usluge, kao što je elektronička pošta, raspoređivanje
poziva, zadržavanje poziva i poruka i dr. Stoga danas pojmovi
telefon, telefonski priključak, telefonska mreža, telefonska
cen-